Американские студенты создали дрон, используя зарисовки Леонардо да Винчи

В конце 1480-х годов Леонардо да Винчи набросал искусную конструкцию одноместного вертолета, приводимого в движение «воздушным винтом». Возможно, вы видели его зарисовки и задавались вопросом, сможет ли один из вертолетов когда-нибудь взлететь. Теперь мы знаем ответ. Итальянский гений был прав.

Начиная с 2019 года группа инженеров Университета Мэриленда разрабатывала и тестировала базовую технологию в рамках конкурса дизайнеров. Затем член команды исследователей Остин Прете построил беспилотный дрон-квадрокоптер Crimson Spin, используя винтообразную конструкцию да Винчи, и отправил его в несколько коротких путешествий.

«Я был совершенно удивлен, что это сработало», — рассказал Прете, аспирант факультета аэрокосмической техники университета, который создал устройство для получения степени магистра. Поначалу он и другие члены команды были настроены скептически, но после того, как некоторые компьютерные симуляции и напечатанные на 3D-принтере прототипы винтов показали многообещающие тенденции, они стали более воодушевлены дизайном да Винчи.

Он представил свои результаты и первое видео полета самолета на конференции Transformative Vertical Flight 2022 в Сан-Хосе (штат Калифорния) на прошлой неделе.

Этот проект является хорошим примером того, как современные технологии расходятся с конструкцией обычных самолетов и вертолетов, хотя маловероятно, что летающее устройство 15-го века доставит посылку Amazon в ближайшее время. На конференции была представлена ​​коллекция экзотических летательных аппаратов, которые могут взлетать вертикально, как вертолет, а затем летать горизонтально, как самолет. 

Такие компании, как Kitty Hawk, Airbus, Transcend Air и Jaunt, надеются, что произведут революцию в этой отрасли и будут перевозить людей на воздушных такси.

Хотя Прете построил лишь небольшой беспилотник, эта технология может работать с достаточно большим летательным аппаратом, чтобы перевозить человека. «Я действительно считаю, что он должен иметь возможность достаточно хорошо масштабироваться», — заявил Остин.

Аспирант из Мэриленда извлек пользу из материалов, которые да Винчи не мог достать. Строительные материалы эпохи Возрождения, такие как дерево и кожа, были слишком плотны для самолетов. У Да Винчи также не было компактных источников энергии.

Прете имел доступ к алюминию, пластику, электродвигателям, батареям и компьютерным системам управления, которые сделали возможной конструкцию воздушного винта. Также полезным оказалось программное обеспечение для автоматизированного проектирования и вычислительной гидродинамики, которое инженер использовал для разработки прототипов и моделирования аэродинамики внутри компьютера.

Современные технологии квадрокоптеров также помогли сделать дизайн практичным. Они управляют тонкими изменениями скорости вращения винта, которые так или иначе наклоняют беспилотник. По словам Прете, было бы гораздо сложнее попытаться построить одновальную конструкцию, как у обычного вертолета. Вертолеты используют сложную передачу и органы управления для непрерывной регулировки наклона каждого несущего винта по мере его вращения.

Однако есть множество проблем, в том числе больший вес воздушных винтов и потенциальная нестабильность. Прете обнаружил, что какая-то странная аэродинамика, вероятно, помогала держать Crimson Spin в воздухе.

Самолеты с треугольным крылом, такие как сверхзвуковой Конкорд, создают закручивающийся воздушный вихрь сразу за передней кромкой крыла. Этот вихрь создает зону низкого давления, которая может увеличить подъемную силу. Моделирование показывает, что подобный вихрь формируется вдоль внешнего края плоской поверхности воздушного винта, спирально спускаясь по всей конструкции и создавая восходящую тягу.

Одним из результатов этой аэродинамики является то, что воздушный винт создает меньше потока вниз, чем обычные пропеллеры. По словам аспиранта, это означает, что под ним будет меньше пыли, песка и другого продуваемого материала. Скорее всего, он также гораздо тише. 

Этот функционирующий воздушный винт представляет собой небольшой беспилотник размером с DJI, но Прете считает, что его можно улучшить за счет «оптимизации геометрии и исследований производительности в различных режимах полета». Хотя он больше не будет работать над этим проектом, инженер считает, что исследования могут быть продолжены в Университете Мэриленда при наличии интереса и финансирования.

«Это может быть практичная парящая машина, способная потенциально масштабироваться до способности перевозить человека, но я не вижу ее использования в современных разработках компаний, пока не будут проведены дополнительные исследования функций, надежности и производительности. Однако в конечном итоге она может работать в тех же положениях, что и канальные роторы»

Остин Прете аспирант факультета аэрокосмической техники университета

Дрон, вдохновленный эскизами да Винчи, способен взлетать и перемещаться. Во время полета необычные пропеллеры генерируют нехарактерный для беспилотных летательных аппаратов шум, который больше напоминает дрель.